DE3433251A1

DE3433251A1 - Verfahren zur herstellung von galvanischen lotschichten auf anorganischen substraten

Info

Publication number: DE3433251A1
Application number: DE19843433251
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. Dr. 7250 Leonberg Leibfried; Fedor Dipl.-Chem. Modic; Manfred 7141 Schwieberdingen Nitsch; Kurt 7252 Weil der Stadt Spitzenberger; Herbert 7141 Freiberg Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-08-16
Filing date: 1984-09-11
Publication date: 1986-02-27
Also published as: US4640739A

Description

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T.9. 1 98U Pf/Ja

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Verfahren zur Herstellung von galvanischen Lotschichten auf anorganischen Substraten

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, daß "bei gedruckten Schaltungen, die mit Hilfe der Dickschichttechnik hergestellt sind, der Abstand zwischen den Leiterbahnen nicht kleiner als etwa 0,2 mm werden kann, da sonst zu leicht Kontakte zwischen den einzelnen Leiterbahnen auftreten. Es ist andererseits bekannt, daß mit Hilfe der Dünnschichttechnik hergestellte gedruckte Schaltungen Abstände zwischen den Leiterbahnen kleiner als 0,1 mm ermöglichen. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, die Substrate zunächst mit einer stromlos abgeschiedenen Nickel- und/oder Kupferschicht von 0,5 t>is 5 μΗ zu überziehen und diese mit einer galvanisch abgeschiedenen Kupfer schicht von 5 bis HO μΐη zu verstärken. Dieses Verfahren ist zwar verhältnismäßig kostengünstig, es hat jedoch den großen Nachteil, daß die stromlos abgeschiedenen Metallschichten auf Substraten aus Keramik, Glas oder Email im allgemeinen sehr schlecht haften und daß bei der nachfolgenden galvanischen Behandlung die Haftfestigkeit noch weiter abnehmen kann. Es ist weiter bekannt, die Substrate zunächst mit im Vakuum aufgedampften oder aufgesputterten, 0,05 ^is 0,5 P-m. dicken Metallschichten

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aus Kupfer, Wickel, Silber usw. zu versehen und diese zunächst stromlos und darauf galvanisch auf eine Gesamtdicke von 10 bis h$ μιη. nachzuverstarken. Dieses Verfahren ergibt zwar meistens bessere Haftwerte als das zuerst genannte Verfahren, es verteuert und kompliziert aber das ganze Verfahren beträchtlich.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es einfach und kostengünstig durchzuführen ist und die fertigen Lotschichten zuverlässig auf den anorganischen Substraten, z. B. aus Keramik, Glas oder Email, haften; durch die Kombination von Dickschichttechnik und Fotoresistmaskierung ist es außerdem ohne weiteres möglich, trotz der Lotbeschichtung Leiterbahnabstände bis etwa 50 μπι zu realisieren.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist es, Kupfer-Leitpasten zu verwenden, die Kupferpulver und ein Dispersionsmittel sowie Kupferoxid in Form von Cu_?0 und/oder CuO und ein Glaspulver oder Kupferoxid in Form von Cu_p0 und/oder CuO und Bleioxid und - das gilt für beide Typen - noch Wismutoxid enthalten. Derartige Leitpasten sind im Handel erhältlich. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die galvanische Verstärkung aus Kupfer und die galvanisch abgeschiedene Lotschicht aus einer eutektischen Zinn-Blei-Legierung besteht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt, im Schnitt dargestellt, die einzelnen Verfahrensstufen vom mit einer Kupfer-Dickschicht versehen Substrat bis zu den auf dem Substrat befindlichen, mit Lot beschichteten Leiterbahnen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Zur Herstellung eines Leiterbahnmusters wird gemäß a) das aus beispielsweise einer Aluminiumoxid-Keramik bestehende Substrat 1 vollständig mit einer handelsüblichen Kupfer-Leitpaste im Siebdruckverfahren bedruckt. Diese als Haft- und Leitschicht 2 aufgebrachte Paste wird in einer solchen Dicke auf das Substrat aufgebracht, daß nach dem Einbrennen eine Dicke von etwa 8 μια zurückbleibt. Das Einbrennen dieser Leitpaste erfolgt bei 900 bis 950 ⁰C in einem aus Stickstoff bestehenden Inertgas. Anschließend wird auf diese Schicht 2 eine Fotoresistfolie in einer Dicke von ca. 38 μΐΐι aufgebracht, auf dieses ein Negativ des gewünschten Musters gelegt und das Ganze dann belichtet. Das anschließende Entwickeln und Nachhärt.en erfolgt in der für Fotoresist bekannten Art. Dabei entsteht schließlich die Fotomaske 3 gemäß b). Im nächsten Schritt c) wird in einem galvanischen Kupferbad nach Kontaktierung der Kupferschicht 2 an den nicht abgedeckten Stellen eine galvanische Kupferschicht h aufgebracht, die eine Dicke von etwa 7 M-m aufweist, so daß die Schichten 2 und k zusammen eine Dicke von etwa 15 μια haben. Statt einer galvanischen Kupferschicht ist es genau so möglich, eine galvanische Nickelschicht (2-5 M-m) oder eine Kombination Kupfer und Nickel in der vorgegebenen Schichtfolge abzuscheiden. Im nächsten Schritt d) wird auf die Kupferschicht k aus einem galvanischen Bad eine Lot-

schicht von etwa 35 μπι Dicke aufgebracht. Diese Lotschicht "besteht aus Blei und Zinn entsprechend dem derzeitigen galvanotechnischen Standard. Sie kann als annähernd eutektische Legierung, aber auch als eine Kombination aus einer Legierungs- und einer Zinn- oder Bleischicht abgeschieden werden. Da₅ wie aus den Teilfiguren c) und d) hervorgeht, die Fotomaskierung 3 wesentlich dicker ist als die Kupferschicht h, wird die Zinn-Blei-Schicht 5 mit scharfen Konturen erzeugt. Gemäß Verfahrensschritt e) wird als nächstes die Fotomaske 3 entfernt. Dies kann entweder mit organischen Lösungsmitteln in bekannter Weise geschehen, handelt es sich jedoch bei der Fotofolie um eine alkalisch strippbare, so kann die Entfernung der Fotomaske auch mit Alkali vorgenommen werden, wie dies in der DE-PS 29 k2 2U9 beschrieben ist. Als nächstes wird gemäß Verfahrensschritt f) die Kupfer-Leitschicht 2 an den Stellen abgeätzt, an denen sich vorher die Fotomaske befand. Dabei wirkt die Zinn-Blei-Schicht 5 als Ätzresist, wenn man eine ammionakalische Ätzlösung verwendet. Diese Resistschicht wird beim Ätzen ein wenig unterwandert, so daß die als Lot dienende Resistschicht 5 zunächst etwas über die Kupferschichten 2 und k übersteht. Schmilzt man dann jedoch gemäß dem Verfahrensschritt g) die Zinn-Blei-Schicht in einem Reflowkanal unter Schutzgasatmosphäre auf, so bildet sich ein Querschnitt, wie er unter d) der Figur gezeigt ist. Das resultierende Leiterbahnbild zeigt also sehr scharfe Konturen, was überraschenderweise dazu führt, daß es durch die Kombination einer Dickschicht und deren galvanischer Verstärkung nach vorheriger Fotomaskierung möglich ist, sehr feine Leiterbahnen bis herab zu Leiterbahnabständen von ca. 50 μΐη mit Hilfe der einfacher zu handhabenden Dickschichttechnik zu realisieren.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von galvanischen Lotschichten auf anorganischen Substraten, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) ganzflächiges Aufbringen einer als Haft- und Leitschicht (2) dienenden Kupfer-Leitpaste und Einbrennen derselben;

b) Aufbringen eines Fotoresists (3), Belichten desselben unter einem Negativ mit dem gewünschten Muster, Entwickeln des Fotoresists und Nachhärten desselben;

c) galvanische Verstärkung (U) der nicht abgedeckten Teile der Haft- und Leitschicht (2), vorzugsweise mit Kupfer;

d) galvanische Abscheidung einer vorzugsweise aus Zinn-Blei-bestehenden Lotschicht (5) auf den zuvor galvanisch verstärkten Bereichen;

e) Entfernen der Fotoresistschicht (3);

f) Abätzen der Kupfer-Leitschicht (2) an den durch die Fotoresistschicht (3) abgedeckt gewesenen Stellen;

g) Aufschmelzen der Lotschicht (5)·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer-Leitpaste nach a) Kupferpulver und ein Dispersionsmittel sowie Kupferoxid in Form von Cu_p0 und/oder CuO und ein Glaspulver oder Kupferoxid in Form von Cu_?0 und/oder CuO und PbO sowie gegebenenfalls noch Wismutoxid enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer-Leitpaste nach a) in solcher Dicke aufgebracht wird, daß die Schicht (2) nach dem Einbrennen eine Dicke von 5 "bis 12 μια aufweist.

h. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer-Leitpaste durch Siebdrücken aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer-Leitpaste nach a) bei 900 bis 950 ⁰C unter Stickstoff eingebrannt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoresist schicht (3) nach b) in einer Dicke von 25 bis TO μπι aufgebracht wird.

T. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Verstärkung {h) nach c) eine Dicke von 3 bis 12 μια aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Lotschicht (5) nach d) in einer Dicke von 20 bis 60 μΐη. aufgebracht wird.

9· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Fotoresistschicht (3) nach e) mit organischen Lösungsmitteln oder, im Falle eines alkalisch strippbaren Fotoresists, mit Alkali durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abätzen der Kupfer-Leitschicht (2) nach f) mit einer ammionakalischen Ätzlösung durchgeführt wird und die galvanische Lotschicht (5) als Ätzresist wirkt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen der Lotschicht (5) nach g) unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.